基于嗅覺受體的仿生分子及細(xì)胞傳感器的研究.pdf

1、嗅覺對于生物的生存具有極其重要的意義。經(jīng)過長期的自然進(jìn)化，生物嗅覺系統(tǒng)具備了人工檢測裝置所無法比擬的靈敏度和特異性，成為性能最為卓越的化學(xué)傳感系統(tǒng)，能夠從復(fù)雜的環(huán)境中分辨和識別成百上千種只有痕量水平的各種氣體分子。仿生嗅覺傳感器從模擬生物嗅覺系統(tǒng)的角度出發(fā)，以嗅覺受體、細(xì)胞、組織等生物材料為敏感元件，結(jié)合二級傳感器實(shí)現(xiàn)對氣味物質(zhì)的特異靈敏檢測，以期獲得類似生物嗅覺系統(tǒng)的檢測性能。仿生嗅覺傳感器不僅在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域具有

2、廣闊的應(yīng)用前景，而且能為生物嗅覺的基礎(chǔ)研究提供了全新的研究平臺，具有重要的研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本論文在對仿生嗅覺傳感器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)評述分析后，以生物嗅覺系統(tǒng)感知機(jī)理為研究的理論基礎(chǔ)，結(jié)合特定類型的二級傳感器及系統(tǒng)，分別從分子、細(xì)胞和細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層面對仿生嗅覺傳感器進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，開發(fā)出基于嗅覺受體的仿生嗅覺分子傳感器、基于嗅覺受體細(xì)胞的仿生嗅覺細(xì)胞傳感器，并對細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)傳感器進(jìn)行了初步的探討。
　　 本論文的主要內(nèi)

3、容和創(chuàng)新點(diǎn)在于:
　　 1.基于分子克隆技術(shù)，成功制備了功能性的嗅覺受體蛋白構(gòu)建了嗅覺受體蛋白ODR-10的真核表達(dá)載體，并將其成功表達(dá)在異源細(xì)胞系統(tǒng)HEK-293細(xì)胞質(zhì)膜表面。利用RT-PCR、Western blot、細(xì)胞免疫熒光、胞內(nèi)鈣離子濃度分析等技術(shù)對嗅覺受體蛋白ODR-10的表達(dá)、亞細(xì)胞定位以及功能進(jìn)行鑒定。結(jié)果表明，異源表達(dá)的嗅覺受體蛋白ODR-10具有特異性識別其天然配體丁二酮的功能，適合用于開發(fā)仿生嗅覺傳感器。

4、
　　 2.研制了基于嗅覺受體蛋白的仿生嗅覺受體分子傳感器以嗅覺受體蛋白ODR-10為敏感元件，結(jié)合石英晶體微天平作為二級傳感器，研制了一種仿生嗅覺受體分子傳感器，實(shí)現(xiàn)了對氣味物質(zhì)丁二酮的特異靈敏檢測。
　　 為將嗅覺受體蛋白ODR-10與石英晶體微天平有效耦合，提出一種基于適配體的嗅覺受體蛋白特異性固定方法，在石英晶體微天平表面同時(shí)實(shí)現(xiàn)了嗅覺受體蛋白的固定與純化，提高了敏感元件與傳感器的耦合效率。結(jié)果表明該方法大大改善

5、了仿生嗅覺分子傳感器的性能，使該傳感器的檢測下限達(dá)到1.5 ppm。
　　 3.基于基因工程化嗅覺受體細(xì)胞，研制了一種仿生嗅覺受體細(xì)胞傳感器基于基因工程的原理，成功制備了一種特異表達(dá)嗅覺受體蛋白ODR-10的嗅覺受體細(xì)胞。由于該嗅覺受體細(xì)胞表面不但具有類型明確的嗅覺受體ODR-10，而且具有內(nèi)在的電興奮性，在氣味物質(zhì)刺激后可引發(fā)嗅覺受體細(xì)胞的動(dòng)作電位發(fā)放。利用該細(xì)胞作為氣味檢測的敏感元件，結(jié)合光尋址電位型傳感器（light ad

6、dressable potentiometric sensor,LAPS）獨(dú)特的光尋址檢測能力，成功檢測到嗅覺受體細(xì)胞在不同氣味物質(zhì)刺激下的電活動(dòng)。結(jié)果表明仿生嗅覺受體細(xì)胞傳感器對嗅覺受體蛋白ODR-10的天然配體丁二酮具有獨(dú)特的響應(yīng)模式，對嗅覺受體細(xì)胞的胞外電信號進(jìn)行時(shí)域和頻域特征分析后，可以有效地分辨出不同濃度的丁二酮信息。
　　 4.提出了兩種體外制備細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的方法嗅覺細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在的信號處理及信息編碼能力是生物嗅覺系統(tǒng)強(qiáng)大